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Hercules Stingray Pro - ARK1000

 

Hercules Stingray Pro ARK1000

Hercules Stingray Pro ARK1000

Die Hercules Stingray Pro wurde mit PCI- und mit VESA-Schnittstelle verkauft. Die hier zu sehende VESA-Schnittstelle ist eine Ausbaustufe der ISA-Schnittstelle und erhöht deren Leistungsfähigkeit. Das war notwendig, da zur damaligen Zeit unter anderem Grafikkarten höhere Anforderungen an die Schnittstelle zum Prozessor und zum Speicher stellten.

Die Grafikkarte enthält neben einem Grafikprozessor, dem Arbeitsspeicher und einem ROM noch einen RAMDAC, der die VGA-Schnittstelle bedient und einen Taktgeneratorbaustein.

Der Prozessor könnte die doppelte Menge Arbeitsspeicher verwalten. Statt der vorhandenen DIL-Bauformen wurden für die zusätzlichen Speicher SMD-Bestückplätze vorgehalten.

 

 

ARK1000

Der Grafikprozessor ist ein ARK1000PV, ein Produkt der Firma ARK Logic.
Laut Wikipedia handelt es sich um den ersten und einzigen wirklich erfolgreichen Grafikprozessor der Firma.

Mit 2MB Arbeitsspeicher ermöglicht der Grafikprozessor eine Auflösung von 1600x1200 mit 256 Farben. Das vorliegende Modell besitzt 1MB Arbeitsspeicher.

Das Package des Grafikprozessors besitzt 160 Pins.

 

ARK1000 Die

ARK1000 Die

Das Datenblatt gibt an, dass der Prozessor mit einem "submicron CMOS" Prozess gefertigt wurde.

Die Strukturen zeigen das typische Zeilenmuster eines Gatearrays. Es sind allerdings Besonderheiten zu erkennen.
Am auffälligsten ist die Aufteilung in zwei nicht ganz gleich große Bereiche.
Unüblich für Gatearrays sind die gerade noch erkennbaren, unterschiedlichen Abstände der Zeilen, die die Logikblöcke enthalten. Anscheinend hat man die Abstände so optimiert, dass die notwendigen Verbindungsleitungen zwischen den Logikblöcken ausreichend Raum haben, ohne zuviel Fläche zu vergeuden.

 

ARK1000 Die Goldstar Semiconductor

Gefertigt wurde der Chip von Goldstar Semiconductor.

Es sind die Markierungen von acht Masken zu erkennen.

 

ARK1000 Die GVS45020

Die interne Bezeichnung lautete anscheinend GVS45020.

 

ARK1000 Die Eingangsbeschaltung Ausgangsbeschaltung

Der Rahmen um das eigentliche Logikarray stellt die Eingangs- und Ausgangsbeschaltung der einzelnen Bondpads dar. Es handelt sich dabei um standardisierte, universelle Beschaltungen, in denen bei der Herstellung der Bereich angeschlossen und damit aktiviert wird, der die gewünschte Funktion darstellen kann. Das kann zum Beispiel eine Eingangsbeschaltung mit Pull-Up- oder Pull-Down-Widerstand sein, aber auch eine Highside-, Lowside- oder Push-Pull-Endstufe. Die zwei größeren Strukturen, die nach oben auf die Bondpads folgen dürften dabei die Ausgangstreiber enthalten, während die feineren Strukturen im dritten Bereich darüber die Eingangsbeschaltung darstellen. Vereinzelt sind die Anbindungen an den eigentlichen Prozessor zu erkennen.

Es existieren auch Pins mit Sonderaufgaben. Die Bondpads 4 und 5 auf diesem Bild scheinen einen Teil der Spannungsversorgung darzustellen, da sie direkt den breiten Rahmen kontaktieren, der sich zwischen den Eingangsbeschaltungen und dem eigentlichen Prozessor befinden.
Am rechten Rand befinden sich zwei Bondpads, die ebenfalls eine abweichende Struktur aufweisen. Sie sind ähnlich massiv angebunden wie die Versorgungspins, allerdings nicht an den inneren Rahmen der Spannungsversorgung, sondern an einen äußeren Rahmen, der durch die Eingangs- und Ausgangbeschaltung verläuft. Das kann durchaus sinnvoll sein, um die Ausgangstreiber mit einer eigenen Spannung zu versorgen und sie so vom Grafikprozessor zu entkoppeln. Es wird damit unwahrscheinlicher, dass sich die beiden Funktionsblöcke stören.

 

ARK1000 Die Logik

Die Strukturen der zwei Metalllagen lassen sich gerade noch erahnen. Vermutlich ist deren minimal Strukturgröße noch etwas höher als die der aktiven Bereiche, die sich laut Datenblatt im "submicron"-Bereich bewegen und daher hier nicht mehr aufgelöst werden können.

Die Zeilen, in denen sich die Logikzellen befinden, lassen sich über das inhomogenere Muster der Metalllage identifizieren. Dazwischen sorgen gleichmäßigere Verbindungsleitungen für die gewünschte Verschaltung der Logik.

Folgt man der mittleren Logikzeile von links nach rechts, so ist im Bereich der großen, vertikal verlaufenden Spannungsversorgungsleitungen zu sehen wie die horizontalen Spannungsversorgungsleitungen ein Stück nach unten springen, um die leicht versetzte rechte Logikzeile versorgen zu können.
Im Bereich der vertikalen Spannungsversorgungsleitungen befinden sich außerdem Durchkontaktierungen zu den horizontalen Spannungsversorgungsleitungen. Die linke Durchkontaktierung bindet die untere Leitung an, die rechte Durchkontaktierung trifft die obere Leitung.

 

 

Taktgenerator Chrontel CH9294G

Auf der Platine befindet sich der Taktgeneratorbaustein CH9294G-N von Chrontel, der Systemtakte zwischen 25MHz und 130MHz erzeugen kann.
Der Taktgeneratorbaustein erzeugt aus einem 14,31818MHz-Quarz die notwendigen Systemtakte. Dazu besitzt er zwei PLL-Zweige, deren Frequenzen sich von außen digital konfigurieren lassen. Mit einem Taktsignal arbeitet die Prozessorlogik, während mit dem anderen Taktsignal die Speicherzugriffe realisiert werden. Zusätzlich wird das Basistaktsignal ausgegeben.

Die Pins, über die die sich die Prozessortaktfrequenz einstellen lässt, sind mit dem Prozessor selbst, dem RAMDAC und mit der Stiftleiste an der Oberseite der Platine verbunden.
Die Pins, die die Taktfrequenz des Speichers einstellen, können über drei Bestückoptionen (R35, R36, R37) mit dem Massepotential verbunden werden. Der Bestückplatz R56 erscheint hier etwas eigenartig, da er im Layout überbrückt ist und somit sinnlos wird. Die Pins besitzen interne Pull-Up-Strukturen. Mit der Bestückung des Jumpers R35 ergibt sich eine Taktfrequenz von 60MHz.

Im Layout ist schön zu erkennen, dass der Chip und seine Beschaltung eine eigene Massefläche besitzen. Links im Bild werden die zwei Takte in den Grafikprozessor eingespeist.

 

Taktgenerator Chrontel CH9294G Die

Taktgenerator Chrontel CH9294G Die

Das Die ist sehr symmetrisch aufgebaut, was sich durch die zwei parallel arbeiteten PLL-Stufen erklären lässt.

 

Taktgenerator Chrontel CH9294G Die

Der Taktgenerator wurde 1992 von Chrontel entwickelt.

 

Taktgenerator Chrontel CH9294G Die

Die Zeichenfolgen 80AZ-003 und CT178G lassen sich nicht weiter zuordnen.
CT178G war auch auf dem Package aufgedruckt.

 

Taktgenerator Chrontel CH9294G Die

In der unteren linken Ecke des Dies sind unter anderem die Maskenbezeichnungen der zwei Metalllagen abgebildet. Demnach handelt es sich bei der unteren Metalllage bereits um die Revision "G". Bei diesem Halbleiter könnte es allerdings sein, dass nicht so viele Fehlerkorrekturen notwendig waren, sondern schlicht verschiedene Modelle über diese Metalllage abgebildet wurden. So gibt es zum Beispiel Modelle mit unterschiedlichen Frequenztabellen.

Mit diesem Hintergrund erscheint die oben erwähnte Zeichenfolge "CT178G" in einem anderen Licht. Der letzte Buchstabe G könnte für die Revision G der Metalllage 12 stehen. Dann wäre CT178 vermutlich die interne Bezeichnung des Dies.

 

Taktgenerator Chrontel CH9294G Die

In den oberen Ecken des Dies befinden sich zwei Gitterstrukturen, die vereinzelte, scheinbar zufällig verteilte Punkte enthalten. Hier könnte es sich um eine Art Masken-ROM handeln, das die Steuerung für die jeweiligen Varianten des Taktgenerators konfiguriert.

 

RAM NN514256P

Auf der Grafikkarte befinden sich acht RAM-Bausteine vom Typ NN514256P. Insgesamt ergibt sich so eine Speichertiefe von 1MB.

 

RAM NN514256P Die

RAM NN514256P Die

Das Die bietet wenig Überraschungen.

 

 

RAMDAC Winbond W82C490P

Als RAMDAC arbeitet auf der Platine ein W82C490P-80 von Winbond. Der RAMDAC übernimmt in seinem internen Speicher die über die VGA-Schnittstelle auszugebenden Signale und wandelt sie in Analogwerte. Ein Datenblatt zu diesem Baustein lässt sich leider nicht finden.

An der Oberseite des Packages sind unter anderem die Konfigurationsleitungen für den Systemtaktgenerator angebunden. Außerdem befinden sich hier noch weitere Signale, die zum Prozessor und zur Stiftleiste an der Oberseite der Platine führen.
Gut zu erkennen ist eine umfangreich entstörte Versorgungsspannung, die von rechts unten über eine Art PI-Filter, bestehend aus C18, L4, C17 und C15, zugeführt wird.
Zur VGA-Schnittstelle hin entstören drei PI-Filter die RGB-Leitungen.

 

RAMDAC Winbond W82C490P Die

RAMDAC Winbond W82C490P Die

Auf dem Die befindet sich ein großes quadratisches Element, das den Speicher des RAMDAC darstellt. Rechts befinden sich die drei Digital-Analog-Wandler für die drei Grundfarben, die über die VGA-Schnittstelle ausgegeben werden.

 

RAMDAC Winbond W82C490P Die

An der linken Kante des Dies befinden sich einige Informationen.
Das Design stammt aus dem Jahr 1992 und wurde von WINBOND selbst entwickelt.
KAS195 könnte die interne Bezeichnung des ICs sein.
Die Buchstabenfolge CCCCA scheint einen Teil der Maskensätze abzubilden. Demnach wären die beiden Metalllagen bereits zweimal überarbeitet worden.

 

RAMDAC Winbond W82C490P Die

In der unteren rechten Ecke befindet sich die Zeichenfolge W490A.
Es könnte sich um eine Bezeichnung des Fertigungsprozesses handeln oder der Digital-Analog-Wandler-Teil wurde als eigenes Design erachtet und trägt daher eine eigene, interne Bezeichnung.

 

RAMDAC Winbond W82C490P Die

Im Speicher meint man ansatzweise die regelmäßigen, quadratischen Strukturen der einzelnen RAM-Zellen erkennen zu können.

 

RAMDAC Winbond W82C490P Die Digital-Analog-Konverter

Der Digital-Analog-Konverter besteht aus drei Modulen für die drei Grundfarben.

Links des ersten Digital-Analog-Konverters befindet sich ein Streifen einer Logik wie man sie aus Gatearrays kennt.

Die Eingangssignale erhalten die Digital-Analog-Wandler aus dem darüber liegenden Bereich, der wahrscheinlich eine gewisse Glue-Logik darstellt.

Rechts befinden sich gröbere Strukturen, die analoge Schaltungsteile enthalten könnten. Details über die Funktion lassen sich nicht ergründen.

Auf der Unterseite sind drei massive, über zwei Bonddrähte angebundene Potentiale zu erkennen. Höchstwahrscheinlich handelt es sich hier um die Versorgung für die Digital-Analog-Konverter, deren Qualität wichtig ist für die Qualität des Ausgangssignals.
Rechts neben den Versorgungspads befinden sich drei ebenfalls massiv angebundene Bondpads. Hierbei könnte es sich um die RGB-Signale handeln, da jedes Bondpad gut erkennbar mit einem der Digital-Analog-Konverter verbunden ist.

 

RAMDAC Winbond W82C490P Die Digital-Analog-Konverter

Die digitalen Daten erhalten die einzelnen Digital-Analog-Konverter anscheinend über siebzehn Leitungen. Die Details der Funktion lassen sich nicht erschließen, der Wandler besteht aber aus sechs Spalten, die alle zum Ausgangssignal beitragen, aber nicht ganz gleich aufgebaut sind.

 

 

EEPROM Winbond W27F256

Das ROM ist ein Winbond W27F256-12.

Für das größere Modell W27C512 findet sich ein Datenblatt. Nach dessen Inhalt und der Namen der Speicher enthält das W27F256 32kB Speicherplatz.
Es handelt sich um ein EEPROM, das sich auch elektrisch löschen lässt.

 

EEPROM Winbond W27F256 Die

EEPROM Winbond W27F256 Die

Das Die zeigt die typischen großen, rechteckigen Speicherbereiche und etwas Steuerungslogik.

 

EEPROM Winbond W27F256 Die

Es sind die Bezeichnungen von acht Maskensätzen zu erkennen, die anscheinend bisher nicht überarbeitet werden mussten.

Das Design stammt aus dem Jahr 1993.

Interessanter ist allerdings die Bezeichnung, die auf den Herstellernamen WINBOND folgt: KB5201.
Es mag sein, dass der Wunsch Vater des Gedanken ist, aber KB5201 scheint eher für einen Speicher mit 512kB also für den W27C512 zu sprechen als für den W27C256. Es ist durchaus denkbar, dass es sich aus Kostengründen bei beiden Speichergrößen um die gleichen Dies handelt. Treten dann in der Produktion EEPROMs mit einem Defekt auf, so kann man ihn je nach Ort des Defekts noch mit der halben Kapazität verkaufen. Außerdem benötigt man so nur einen Maskensatz und hat größere Batches in der Produktion. In der Steuerungslogik müsste dann eine Schaltung enthalten sein, die es ermöglicht eine Hälfte des Speichers zu deaktivieren.

 

EEPROM Winbond W27F256 Die

Der Speicherbereich selbst scheint aus 16 Doppelzeilen zu bestehen.

 

EEPROM Winbond W27F256 Die

Man meint erkennen zu können, dass jede Doppelzeile aus 16 Speicherzellen besteht.
Mit dieser Zählweise käme man allerdings nur auf eine Speichertiefe von 16kB. Es scheint, dass mehr Details hinter den Strukturen verborgen sind.

 

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